JP2004031211A

JP2004031211A - 有機電界発光素子

Info

Publication number: JP2004031211A
Application number: JP2002187938A
Authority: JP
Inventors: Masao Fukuyama; 福山　正雄; Mutsumi Suzuki; 鈴木　睦美
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-06-27
Filing date: 2002-06-27
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】発光効率が大幅に改善された低消費電力の有機電界発光素子を提供することを目的とする。
【解決手段】基板１と、一対の電極２、６と、一対の電極２、６の間に設けられた蛍光性発光材料を含有する発光帯４とを少なくとも有する有機電界発光素子であって、発光帯４に接して、燐光性発光材料からなる層７または燐光性発光材料を含有する層を設ける。これにより、発光効率が大幅に改善された低消費電力の有機電界発光素子が提供される。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディスプレイ等の各種の表示装置または照明等の各種光源として広範囲に利用される発光素子であって、特に低い駆動電圧、高輝度、安定性に優れた有機電界発光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電界発光素子は、自己発光のために液晶素子にくらべて明るく、鮮明な表示が可能であるため、旧来多くの研究者によって研究されてきた。特に、発光材に有機材料を用いた電界発光素子である有機電界発光素子は、従来、実用的なレベルからはほど遠いものであったが、アプライド・フィジックス・レターズ、５１巻，９１３頁，１９８７年（Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．５１，Ｐ．９１３，１９８７）　で開示されているように、コダック社のＣ．Ｗ．Ｔａｎｇらによって開発された積層構造素子により、その特性が飛躍的に進歩した。彼らは、蒸着膜の構造が安定であって電子を輸送することのできる蛍光体と、正孔を輸送することのできる有機物を積層し、両方のキャリヤーを蛍光体中に注入して発光させることに成功した。これによって、有機電界発光素子の発光効率が向上し、１０Ｖ以下の電圧で１０００ｃｄ／ｍ２　以上の発光が得られるようになった。
【０００３】
さらに、ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス、６５巻，３６１０頁，１９８９年（　Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．６５，Ｐ．３６１０，１９８９　）で開示されているように、１９８９年には同じくコダック社のＣ．Ｗ．Ｔａｎｇらによりゲストホストシステムによる発光層が提案され、素子の発光効率の向上および多様な発光材料の使用が可能となった。その後、多くの研究者により活発な研究開発がなされ、有機電界発光素子に用いられる発光材料や電荷輸送材料の開発、および素子構造の改良がなされてきた。その結果、現在では低輝度で１万時間程度の輝度半減時間を有する素子も発表されるようになり、カーステレオや携帯電話などの小型表示装置として一部商品化され始めている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、テレビなどに用いる大型ディスプレイや照明等の電子デバイスとして広く有機電界発光素子を用いるには、発光効率、駆動寿命とも未だ不充分であり、効率、寿命を大幅に向上させることが実用化において大きな課題となっている。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するものであり、発光効率が大幅に改善された低消費電力の有機電界発光素子を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の有機電界発光素子は、基板と一対の電極と前記一対の電極の間に設けた蛍光性発光材料を含有する発光帯とを少なくとも有する有機電界発光素子であって、前記発光帯に接して、燐光性発光材料からなる層または燐光性発光材料を含有する層を設けたものである。このような構成により、発光効率が大幅に改善された低消費電力の有機電界発光素子が提供される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態における有機電界発光素子の構成を示す断面図である。有機電界発光素子１１は、ガラス基板１上に、透明電極２としてＩＴＯ電極を予め形成したものの上に、正孔を輸送する正孔輸送帯３、発光現象が起こる発光帯４、燐光性発光材料からなる燐光発光層７、電子を輸送する電子輸送帯５、陰極６の順に蒸着して作製した構成を有する。
【０００８】
ガラス基板１は、他にプラスチック基板やフィルム基板を用いることも可能である。また、透明電極２は、他に金属膜の半透明電極を用いることも可能である。
【０００９】
正孔輸送帯３は、正孔輸送材料として（化１）で示すＮ，Ｎ’−ビス［４’−（Ｎ，Ｎ’−ジフェニルアミノ）−４−ビフェニリル］−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（以下ＴＰＴという。）が用いられる。また、電子輸送帯５は、電子輸送材料として（化２）で示すトリス（８−キノリノール）アルミニウム（以下Ａｌｑという。）が用いられる。また、発光帯４は、蛍光性発光材料として（化３）で示すスチリル化合物（以下ＳＴという。）が用いられ、燐光性発光層７は、燐光性発光材料として（化４）で示すＩｒ（ｐｐｙ）３が用いられる。
【化１】

【化２】

【化３】

【化４】

【００１０】
発光帯４に用いる蛍光性発光材料としては、通常の有機電界発光素子で用いられるものでよく、各種の蛍光性有機化合物から選ぶことができるものであり、特に有用な発光材料としては各種の蛍光性金属錯体化合物、キナクリドン誘導体、クマリン誘導体、メロシアニン誘導体、オキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、スチリル誘導体、フラボン誘導体、キノリン誘導体、アクリジン誘導体、縮合多環化合物、トリフェニルアミン誘導体などが挙げられる。また、ポリパラフェニレンビニレン、ポリフルオレノンなどの蛍光性高分子化合物なども用いることができる。
【００１１】
また、Ｎ，Ｎ’−ジメチルキナクリドン、Ｎ，Ｎ’−ジフェニルキナクリドンなどのキナクリドン誘導体や３−（２’−ベンゾチアゾリル）−７−ジエチルアミノクマリン（クマリン６）などのクマリン誘導体、４−ジシアノメチレン−２−メチル−６−（ｐ−アミノスチリル）−４Ｈ−ピラン、ルブレン、ジフェニルテトラセン、ペリレンなどの各種蛍光材料を発光層にドーパントとして添加することによりさらに、高効率、高輝度、高信頼性の有機電界発光素子を作製することができる。
【００１２】
燐光性発光層７として用いる燐光性発光材料としては、通常の有機電界発光素子で用いられるものでよく、各種の燐光性有機化合物から選ぶことができる。特に有用な材料としては、中心金属にＰｔやＩｒなどの重原子金属を有する金属錯体化合物がよく、このような材料を用いることにより、励起子をさらに効率良く発光させることができ、素子の発光効率を大幅に改善することができる。
【００１３】
有機電界発光素子１１を以上のように構成することにより、陰極６および透明電極２から注入された電子と正孔が再結合して生成された励起子を、効率良く発光させることができるため、有機電界発光素子１１の発光効率を大幅に改善することができる。
【００１４】
（実施の形態２）
図２は本発明の第２の実施の形態における有機電界発光素子の構成を示す断面図である。本実施の形態２における有機電界発光素子１１Ａは、ガラス基板１上に、透明電極２としてＩＴＯ電極を予め形成したものの上に、正孔を輸送する正孔輸送帯３、燐光性発光材料からなる燐光性発光層７、発光現象が起こる発光帯４、電子を輸送する電子輸送帯５、陰極６の順に蒸着した構成を有する。各部を構成する材料は、上記実施の形態１と同様である。このように、正孔輸送帯３と発光帯４の間に燐光性発光層７を設けることにより、陰極６および透明電極２から注入された電子と正孔が再結合して生成された励起子を、効率良く発光させることができ、有機電界発光素子１１Ａの発光効率を大幅に改善することができる。
【００１５】
（実施の形態３）
図３は本発明の第３の実施の形態における有機電界発光素子の構成を示す断面図である。本実施の形態３における有機電界発光素子１１Ｂは、ガラス基板１上に、透明電極２としてＩＴＯ電極を予め形成したものの上に、正孔を輸送する正孔輸送帯３、発光現象が起こる発光帯４、燐光性発光材料と電子輸送材料からなる燐光性電子輸送性発光層８、電子を輸送する電子輸送帯５、陰極６の順に蒸着した構成を有する。各部を構成する材料は、上記実施の形態１と同様である。このように、発光帯４と電子輸送帯５の間に燐光性電子輸送性発光層８を設けることにより、陰極６および透明電極２から注入された電子と正孔が再結合して生成された励起子を、効率良く発光させることができ、有機電界発光素子１１Ｂの発光効率を大幅に改善することができる。
【００１６】
（実施の形態４）
図４は本発明の第４の実施の形態における有機電界発光素子の構成を示す断面図である。本実施の形態４における有機電界発光素子１１Ｃは、ガラス基板１上に、透明電極２としてＩＴＯ電極を予め形成したものの上に、正孔を輸送する正孔輸送帯３、燐光性発光材料と正孔輸送材料からなる燐光性正孔輸送性発光層９、発光現象が起こる発光帯４、電子を輸送する電子輸送帯５、陰極６の順に蒸着した構成を有する。各部を構成する材料は、上記実施の形態１と同様である。このように、正孔輸送帯３と発光帯４の間に燐光性正孔輸送性発光層９を設けることにより、陰極６および透明電極２から注入された電子と正孔が再結合して生成された励起子を、効率良く発光させることができ、有機電界発光素子１１Ｃの発光効率を大幅に改善することができる。
【００１７】
（実施の形態５）
図５は本発明の第５の実施の形態における有機電界発光素子の構成を示す断面図である。本実施の形態５における有機電界発光素子１１Ｄは、ガラス基板１上に、透明電極２としてＩＴＯ電極を予め形成したものの上に、正孔を輸送する正孔輸送帯３、燐光性発光材料と蛍光性発光材料からなる燐光性蛍光性発光層１０、発光現象が起こる発光帯４、燐光性発光材料と蛍光性発光材料からなる燐光性蛍光性層１０、電子を輸送する電子輸送帯５、陰極６の順に蒸着した構成を有する。各部を構成する材料は、上記実施の形態１と同様である。このように、発光帯４の両面に接して燐光性蛍光性発光層１０を設けることにより、陰極６および透明電極２から注入された電子と正孔が再結合して生成された励起子を、効率良く発光させることができ、有機電界発光素子１１Ｄの発光効率を大幅に改善することができる。
【００１８】
なお、上記各実施の形態における有機電界発光素子の構成として、陽極、正孔輸送帯、発光帯、電子輸送帯、陰極の順に積層したものを代表的に示したが、本発明はこの構成に限定されるものではもちろんない。また、通常は基板上に陽極から陰極の順に積層するが、これとは逆に基板上に陰極から陽極の順に積層してもよい。
【００１９】
また、上記各実施の形態における有機電界発光素子は、発光帯４の材料として蛍光性発光材料と電荷輸送輸送材料とを混合したものを用いることができる。これにより、励起子をさらに効率良く発光させることができ、素子の発光効率を大幅に改善することができる。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の具体的な実施例について説明する。
（実施例１）
まず、実施の形態１に対応する実施例１について説明する。予めＩＴＯ電極を蒸着して透明電極２とした十分に洗浄したガラス基板１、ＴＰＴ、ＳＴ、Ｉｒｐｐｙ３、Ａｌｑ、アルミニウムおよびリチウムを蒸着装置にセットした。次いで、２×１０−４Ｐａまで排気した後、０．１ｎｍ／秒の速度でセットしたＴＰＴを蒸着し正孔輸送帯３を５０ｎｍ形成した。次に、発光材料のＳＴを０．１ｎｍ／秒の速度で蒸着し、膜厚２５ｎｍの発光帯４を形成した後、燐光性発光材料のＩｒｐｐｙ３を０．１ｎｍ／秒の速度で、膜厚５ｎｍ蒸着して燐光性発光層７を形成した。次に、Ａｌｑを０．１ｎｍ／秒の速度で蒸着し、膜厚２５ｎｍの電子輸送帯５を形成した後、アルミニウムとリチウムをそれぞれ別の蒸着源より蒸着し、アルミニウムとリチウムの共蒸着層を１５０ｎｍ形成して陰極６とした。なお、膜厚は水晶振動子によってモニターし、発光領域は３ｍｍ×３ｍｍとした。素子作製後、直ちに乾燥窒素中で電極の取り出しを行い、引続き発光特性の測定を行った。ここで、得られた素子の発光効率は、発光輝度１００ｃｄ／ｍ２の場合の値で定義した。その結果、発光効率は１０ｃｄ／Ａとなった。
【００２１】
比較として燐光性発光材料からなる層を設けない素子を作製して同様の測定を行ったところ発光効率、駆動寿命は３ｃｄ／Ａであった。これにより、本実施例１の有機電界発光素子は、発光効率が優れていることが確認された。
【００２２】
（実施例２）
次に、実施の形態２に対応する実施例２について説明する。予めＩＴＯ電極を蒸着して透明電極２とした十分に洗浄したガラス基板１、ＴＰＴ、Ｉｒｐｐｙ３、ＳＴ、Ａｌｑ、アルミニウムおよびリチウムを蒸着装置にセットした。次いで、２×１０−４Ｐａまで排気した後、０．１ｎｍ／秒の速度でセットしたＴＰＴを蒸着し正孔輸送帯３を５０ｎｍ形成した。次に、燐光性発光材料のＩｒｐｐｙ３を０．１ｎｍ／秒の速度で、膜厚５ｎｍ蒸着して燐光性発光層７を形成した後、発光材料のＳＴを０．１ｎｍ／秒の速度で蒸着し、膜厚２５ｎｍの発光帯４を形成した。次に、Ａｌｑを０．１ｎｍ／秒の速度で蒸着し、膜厚２５ｎｍの電子輸送帯５を形成した後、アルミニウムとリチウムをそれぞれ別の蒸着源より蒸着し、アルミニウムとリチウムの共蒸着層を１５０ｎｍ形成して陰極６とした。なお、膜厚は水晶振動子によってモニターし、発光領域は３ｍｍ×３ｍｍとした。
素子作製後、直ちに乾燥窒素中で電極の取り出しを行い、引続き発光特性の測定を行った。ここで、得られた素子の発光効率は、発光輝度１００ｃｄ／ｍ２の場合の値で定義した。その結果、素子の発光効率は１５ｃｄ／Ａとなり、本実施例２の有機電界発光素子は、発光効率が優れていることが確認された。
【００２３】
（実施例３）
次に、実施の形態３に対応する実施例３について説明する。予めＩＴＯ電極を蒸着して透明電極２とした十分に洗浄したガラス基板１、ＴＰＴ、ＳＴ、Ｉｒｐｐｙ３とＡｌｑ、Ａｌｑ、アルミニウムおよびリチウムを蒸着装置にセットした。次いで、２×１０−４Ｐａまで排気した後、０．１ｎｍ／秒の速度でセットしたＴＰＴを蒸着し正孔輸送帯３を５０ｎｍ形成した。次に、発光材料のＳＴを０．１ｎｍ／秒の速度で蒸着し、膜厚２５ｎｍの発光帯４を形成した後、燐光性発光材料のＩｒｐｐｙ３と電子輸送材料のＡｌｑとをそれぞれ別の蒸着源より膜厚５ｎｍに共蒸着して燐光性電子輸送性発光層８を形成した。次に、Ａｌｑを０．１ｎｍ／秒の速度で蒸着し、膜厚２５ｎｍの電子輸送帯５を形成した後、アルミニウムとリチウムをそれぞれ別の蒸着源より蒸着し、アルミニウムとリチウムの共蒸着層を１５０ｎｍ形成して陰極６とした。なお、膜厚は水晶振動子によってモニターし、発光領域は３ｍｍ×３ｍｍとした。素子作製後、直ちに乾燥窒素中で電極の取り出しを行い、引続き発光特性の測定を行った。ここで、得られた素子の発光効率は、発光輝度１００ｃｄ／ｍ２の場合の値で定義した。その結果、素子の発光効率は１７ｃｄ／Ａとなり、本実施例３の有機電界発光素子は、発光効率が優れていることが確認された。
【００２４】
（実施例４）
次に、実施の形態４に対応する実施例４について説明する。予めＩＴＯ電極を蒸着して透明電極２とした十分に洗浄したガラス基板１、ＴＰＴ、ＴＰＴとＩｒｐｐｙ３、ＳＴ、Ａｌｑ、アルミニウムおよびリチウムを蒸着装置にセットした。次いで、２×１０−４Ｐａまで排気した後、０．１ｎｍ／秒の速度でセットしたＴＰＴを蒸着し正孔輸送帯３を５０ｎｍ形成した。次に、正孔輸送材料のＴＰＴと燐光性発光材料のＩｒｐｐｙ３とをそれぞれ別の蒸着源より膜厚５ｎｍに共蒸着して燐光性正孔輸送性発光層９を形成した後、発光材料のＳＴを０．１ｎｍ／秒の速度で蒸着し、膜厚２５ｎｍの発光帯４を形成した。次に、Ａｌｑを０．１ｎｍ／秒の速度で蒸着し、膜厚２５ｎｍの電子輸送帯５を形成した後、アルミニウムとリチウムをそれぞれ別の蒸着源より蒸着し、アルミニウムとリチウムの共蒸着層を１５０ｎｍ形成して陰極６とした。なお、膜厚は水晶振動子によってモニターし、発光領域は３ｍｍ×３ｍｍとした。素子作製後、直ちに乾燥窒素中で電極の取り出しを行い、引続き発光特性の測定を行った。ここで、得られた素子の発光効率は、発光輝度１００ｃｄ／ｍ２の場合の値で定義した。その結果、素子の発光効率は１６ｃｄ／Ａとなり、本実施例４の有機電界発光素子は、発光効率が優れていることが確認された。
【００２５】
（実施例５）
次に、実施の形態５に対応する実施例５について説明する。予めＩＴＯ電極を蒸着して透明電極２とした十分に洗浄したガラス基板１、ＴＰＴ、ＳＴ、Ｉｒｐｐｙ３とＳＴ、Ａｌｑ、アルミニウムおよびリチウムを蒸着装置にセットした。
次いで、２×１０−４Ｐａまで排気した後、０．１ｎｍ／秒の速度でセットしたＴＰＴを蒸着し正孔輸送帯３を５０ｎｍ形成した。次に、燐光性発光材料のＩｒｐｐｙ３と蛍光材料のＳＴとをそれぞれ別の蒸着源より膜厚５ｎｍに共蒸着して燐光性蛍光性発光層１０を形成した。次に、発光材料のＳＴを０．１ｎｍ／秒の速度で蒸着し、膜厚２５ｎｍの発光帯４を形成した後、燐光性発光材料のＩｒｐｐｙ３と蛍光材料のＳＴとをそれぞれ別の蒸着源より膜厚５ｎｍに共蒸着して燐光性蛍光性発光層１０を形成した。次に、Ａｌｑを０．１ｎｍ／秒の速度で蒸着し、膜厚２５ｎｍの電子輸送帯５を形成した後、アルミニウムとリチウムをそれぞれ別の蒸着源より蒸着し、アルミニウムとリチウムの共蒸着層を１５０ｎｍ形成して陰極６とした。なお、膜厚は水晶振動子によってモニターし、発光領域は３ｍｍ×３ｍｍとした。素子作製後、直ちに乾燥窒素中で電極の取り出しを行い、引続き発光特性の測定を行った。ここで、得られた素子の発光効率は、発光輝度１００ｃｄ／ｍ２の場合の値で定義した。その結果、素子の発光効率は２０ｃｄ／Ａとなり、本実施例５の有機電界発光素子は、発光効率が優れていることが確認された。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の有機電界発光素子は、基板と一対の電極と一対の電極の間に設けた蛍光性発光材料を含有する発光帯とを少なくとも有する有機電界発光素子であって、発光帯に接して、燐光性発光材料からなる層または燐光性発光材料を含有する層を設けたので、発光効率が高く消費電力の小さい、優れた電界発光素子が得られるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における有機電界発光素子の構成を示す断面図
【図２】本発明の第２の実施の形態における有機電界発光素子の構成を示す断面図
【図３】本発明の第３の実施の形態における有機電界発光素子の構成を示す断面図
【図４】本発明の第４の実施の形態における有機電界発光素子の構成を示す断面図
【図５】本発明の第５の実施の形態における有機電界発光素子の構成を示す断面図
【符号の説明】
１　ガラス基板
２　透明電極
３　正孔輸送帯
４　発光帯
５　電子輸送帯
６　陰極
７　燐光性発光材料からなる燐光性発光層
８　燐光性発光材料と電子輸送材料を含有する燐光性電子輸送性発光層
９　燐光性発光材料と正孔輸送材料を含有する燐光性正孔輸送性発光層
１０　燐光性発光材料と蛍光性発光材料を含有する燐光性蛍光性発光層
１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ　有機電界発光素子

Claims

基板と一対の電極と前記一対の電極の間に設けた蛍光性発光材料を含有する発光帯と電子輸送帯を少なくとも有する有機電界発光素子であって、前記発光帯と電子輸送帯の間に燐光性発光材料からなる層を設けたことを特徴とする有機電界発光素子。
基板と一対の電極と前記一対の電極の間に設けた蛍光性発光材料を含有する発光帯と正孔輸送帯を少なくとも有する有機電界発光素子であって、前記発光帯と正孔輸送帯の間に燐光性発光材料からなる層を設けたことを特徴とする有機電界発光素子。
基板と一対の電極と前記一対の電極の間に設けた蛍光性発光材料を含有する発光帯と電子輸送帯を少なくとも有する有機電界発光素子であって、前記発光帯と電子輸送帯の間に燐光性発光材料と電子輸送材料を含有する層を設けたことを特徴とする有機電界発光素子。
基板と一対の電極と前記一対の電極の間に設けた蛍光性発光材料を含有する発光帯と正孔輸送帯を少なくとも有する有機電界発光素子であって、前記発光帯と正孔輸送帯の間に燐光性発光材料と正孔輸送材料を含有する層を設けたことを特徴とする有機電界発光素子。
基板と一対の電極と前記一対の電極の間に設けた蛍光性発光材料を含有する発光帯を少なくとも有する有機電界発光素子であって、前記発光帯に接して前記蛍光性発光材料と燐光性発光材料とを含有する層を設けたことを特徴とする有機電界発光素子。
前記燐光性発光材料が金属錯体からなることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の有機電界発光素子。
前記発光帯が蛍光性発光材料と電荷輸送輸送材料からなることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の有機電界発光素子。